第五章 基于Simulink的系统建模与仿真

System Modeling and Simulation Based on Simulink

November , 2019

一、Simulink简介

课程最主要讲解的Simulink最基础的模块库:

输入模块组 Sources

输出模块组 Sinks

③连续系统线性模块组 Continuous

 

离散系统线性模块组 Discrete

非线性模块 Discontinuities

用户自定义模块 User-Define function

 

二、Simulink 建模与仿真举例

Simulink的建模与仿真的步骤

建模步骤

打开模块库

打开空白窗口

将所需模块复制到模型窗口内

修改参数、连线

使用技巧——信号显示、模块连接、自动翻转

 仿真步骤

仿真参数

启动仿真——修改参数再仿真

sin积分的例子(点击右键下载testSIN.slx模型文件)

非线性建模例子(点击右键下载modelexample52.slx模型文件)

三、微分方程的Simulink建模与求解

Rössler方程的几种求解方法

第一种:底层模块建模(点击右键下载c5mrossler.mdl模型文件):

1)先通过积分器构建关键信号x, x’, y, y’, z, z’

2)由关键信号连线,画出微分方程

3)微分方程的求解:仿真方法

第二种:(点击右键下载c5mross1a.mdl模型文件)

简化模型,利用Fcn模块表达微分方程组右边的数学表达式,再用积分器搭建仿真循环计算。

第三种:(点击右键下载模型文件c5mross1.mdl 击右键下载c5mross.m

M函数表达微分方程组右边的数学表达式,在Simulink中通过用户自定义的MATLAB Function模块调用M函数,再用积分器搭建仿真循环计算。

上面三种求解方法的仿真文件中都包含输出端子(Out)可以通过,可以通过如下的语句在命令窗口或者脚本文件中进行调用求解:

也可以直接在模型窗口按开始仿真按钮进行求解,并用示波器等把结果显示出来(可点击右键下载三种方法综合在一起的模型文件c5mrosslerUP.slx

 

四、控制系统的建模与仿真举例

控制系统可用的模块

线性系统模块 Simulink自带的Continuous模块组、Discrete模块组

标准的传递函数、状态方程、零极点、延迟、积分器、PID控制器

   Simulink Extras —— 非零初值的传递函数等

   控制系统工具箱模块集——LTI对象模块

   非线性系统模块

多变量时间延迟系统的仿真

MATLAB求解法:

Simulink仿真求解方法(点击右键下载c5mmimo.mdl模型文件)

③复杂系统模型的建模 (采用LTI模块)

建立G传递函数表达式后,直接通过LTI模块调用G,实现仿真求解

 

计算机控制系统仿真(注意零阶保持器,实现连续与离散之间的转换)

完整表达:

简化模型一:

简化模型二:

四、非线性系统的建模与仿真方法

一般非线性系统仿真

Discontinuity模块组提供一些基本的非线性模块。

Lookup Tables模块组(下图),也可用于建立一般的单值非线性问题。

一般静态非线性特性的建模

静态非线性:y = f (u)

单值非线性环节,转折点

一维查表模块

例子:

②多值非线性环节建模

多值非线性在实际系统中存在——磁滞

分解成两个单值非线性

Simulink模型实现:

例:非线性系统的极限环

闭环系统模型

Simulink模型(点击右键下载c5mlimcy.mdl

模型调用与运行

极限环绘制

 

五、子系统

仿真模型名称 f14,直接在命令窗口输入f14回车,即可调出,参照如下的系统结构进行理解:

子系统的建立——PID控制器模块(点击右键下载模型maskertest.slx

主要步骤:模块封装的图标设计、参数对话框设计。

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